阿特拉斯牙轮钻机CDM75E 液压系统改造

吕秀梅，姜 鹏，邹 伟，宋海涛，3

（1.辽宁瀚石机械制造有限公司，辽宁 阜新 123000；2.阜新市产业技术研究院 辽宁 阜新 123000；3.阜新市生态环境建设投资(集团)有限公司，辽宁 阜新 123000）

CDM75E 牙轮钻机在锡盟项目部进行爆破钻孔作业，是阿特拉斯·科普柯公司生产的1 款电力驱动的牙轮钻机[1]。该钻机最大钻孔直径270 mm，具有自动履带行走、智能接卸杆等功能，但是，在实际使用过程中，液压系统发现了众多问题，如采用闭式液压系统，散热效果不好，而且对液压油的清洁度要求较高，每个动作的液压阀都采用负载敏感的电比例多路阀进行单独控制，电比例电磁阀价格昂贵，导致本机的维修价格过高。而且本液压系统液压泵众多，CDM75E 牙轮钻机共有9 个液压泵[2-3]，维修不方便，经过多年的使用，液压元器件磨损严重，管路漏油现象频发。为此，针对CDM75E 系列钻机液压系统进行了1 次升级改造，改造后的液压系统更智能，操作更加方便，可靠性更高。

1 CDM75E 液压系统

1）行走装置。CDM75E 牙轮钻机的行走系统采用2 个变量主泵和2 个定量马达组成的闭式行走系统，2 个变量泵分别为每个马达供油，从而驱动液压马达旋转，带动钻机运动。为了节约液压油箱的空间，原车行走液压系统采用闭式系统，即液压泵排除的液压油进入马达，带动马达运动后液压油不排回油箱液压油直接进入液压泵。闭式系统与传统的开式系统相比，结构更加紧凑，省去了控制换向的换向阀[4]，因此，原车行走系统的液压泵为双向变量液压泵，通过改变泵的摆角方向，可以改变液压油的出油与回油方向，从而实现马达的正转与反转，从而控制钻机的前进与后退。行走马达设有停车驻车机构，防止停车时钻机发生移动，钻机设有单独的解闸装置，在行走之前进行解闸操作。由于闭式系统的散热性能不好，所以需要设置热交换阀，需要时时将热油排回油箱。为了保证系统中液压油的充足，闭式系统的主泵上设有小排量的补油泵。在该闭式系统中还设有补油溢流阀和补油单向阀[5]，补油溢流阀限制最高补油压力，补油单向阀依据两侧管路液压油压力的高低，选择补油方向，向主油路低压侧补油，以补偿由于马达容积丧失所泄露的流量。主泵的最高工作压力由远程溢流阀进行无级调节[6-8]。

2）回转装置。钻机的回转装置与钻机左行走共用1 套液压泵，通过液控换向阀切换行走与回转。回转装置采用2 个变量液压马达驱动回转头运动，通过改变液压泵的摆角方向与大小，从而控制马达的正转与反转以及马达的转速调节。

3）加压提升装置。钻机的加压提升装置与钻机右行走共用1 套液压泵，通过液控换向阀切换行走与加压提升。加压提升装置采用液压油缸驱动回转头上下运动，通过改变液压泵的摆角方向与大小[9]，从而控制加压与提升动作。

4）辅助动作。钻机的支腿、钻架举升、卷缆、除尘油缸等辅助动作采用1 个齿轮泵单独供油，钻机的收尘马达采用1 个单独液压泵供油。每个辅助动作，都采用1 个负载敏感多路阀单独控制。辅助动作的液压泵都采用定量的齿轮泵，排量不可调节，系统产热量过大。

5）液压系统问题。具体为：①液压系统液压泵众多：液压系统维修不便，同时维修成本过高；②行走、回转、加压支路采用闭式系统：闭式系统虽然占地面积小，同时省去了控制阀，但是，闭式系统散热条件差，要求较高的过滤精度，而且结构复杂，后续维修成本过高[10-12]；③每个辅助动作都单独采用1 片负载敏感阀进行操控：负载敏感阀成本较高，而且对液压油清洁度要求较高，一但发生故障，维修成本过高；④钻机行走解闸需要单独操作，操作不方便；⑤缺少慢加压功能：只能手工通过调节泵的摆角来控制加压速度，导致打孔不方便；⑥采用多个定量齿轮泵：不能根据系统需要自动调整泵的排量，多余的流量会从溢流阀溢流掉，功率损耗较大，同时系统产热严重。

2 CDM75E 液压系统改造

改造后的液压系统采用目前最为先进的负载敏感技术，选用哈威公司的V30D 系列变量泵与PSV系列多路阀共同搭建负载敏感系统。

负载敏感变量可以根据阀的反馈压力，实时改变泵的排量，同时，负载敏感泵带有恒功率控制器，可以控制最大功率，目的是充分利用电动机的功率，根据工作压力调节泵的排量，以避免被泵吸收的功率超过电动机提供的功率值。当达到设定最大功率时，随着压力的增大，泵的排量开始减小，从而保护电机不被损坏，同时，又可以满足工作要求，在执行元件力或扭矩的输出不产生变化，只是速度的减小。负载敏感变量泵还配有压力切断装置，可以保证在压力过高时，压力切断阀打开，从而改变泵的摆角，减小油液的输出，从而减少系统中溢流阀的溢流，从而减少热量散失[13]。

负载敏感比例多路阀采用电比例控制，不但可以远程遥控液压系统，还可以通过改变电流大小，从而控制阀的开口量，并通过LS 口反馈至液压泵，控制泵的排量，使液压泵按需提供系统所需的流量，从而减少功率损失，达到节能的目的。当多联阀同时工作时，多路阀能通过定差减压阀（流量分配阀）进行流量分配。确保无论在负载如何变化时，流过比例换向阀的流量为固定值，从而不受负载变化影响[14]，保证执行元件的运行速度不发生改变。

1）行走液压系统。改造后的行走液压系统采用开式系统，用2 片比例换向阀分别控制左右行走，通过改变换向阀的换向，从而控制行走马达的正反转，实现钻机的前进与后退，改造后的液压系统，行走马达还采用了双速变量马达，可以实现钻机行走时快慢速的调节。马达内置平衡阀，保证钻机行走时更加平稳，防止发生由于惯性导致失速问题的发生，从而保证设备运行的可靠性。

2）回转液压系统。改造后回转液压系统采用1个超级液压马达带动减速机的工作模式，与传统液压马达相比，超级液压马达使用寿命更长，稳定性更好，由于回转需要的流量较大，所以采用2 片阀合流，共同驱动回转马达运动。为了保证马达的使用寿命，在马达附近安装有过载阀，限制马达工作时的最大工作压力。

3）加压提升液压系统。改造后的加压提升液压系统分为慢加压和快加压2 个工作模式，快加压提升单独用1 片负载敏感阀，用于带动钻头的快速移动，慢加压提升与辅助动作共用1 片负载敏感阀[15]，慢加压提升用于钻机在钻孔作业时慢速加压。

4）辅助动作液压系统。改造后的钻机的支腿油缸与钻架举升油缸共用1 片比例换向阀，比例换向阀负责控制油缸的换向操作，在每个动作之路，都单独设有电磁换向阀，用于单独控制每个液压支路的通断，从而减少了比例换向阀的使用，1 个比例换向阀组合5 个电磁换向阀便可实现4 个支腿油缸与钻架举升油缸的分别动作，从而节约了成本，也简化了操作。为了保证钻架举升过程中的安全性，在钻架举升油缸油口处安装有防爆管阀，一但钻架举升之路发生油管爆破事件，在防爆管阀的作用下，油缸仍然能够平稳的降落，从而排除安全隐患。钻机的卷缆、除尘油缸、离合器油缸等辅助动作共用负载敏感阀配合电磁换向阀使用，实现每个动作的单独运动[16]。

3 结语

对CDM75E 牙轮钻机液压系统进行了优化改造。①改造后的开式系统，减少了液压泵与辅助液压阀的使用，简化了液压系统;②改造后的辅助动作系统中，比例换向阀与电磁阀的组合使用，减少了多路阀的使用数量，节约了制造与维护成本;③改造后的开式系统对液压油的清洁度要求更低，系统的故障率更低，同时产热量更少;④改造后的液压系统，操作更加简便，工作效率更高。

通过长时间的使用发现，改造后的液压系统与原车液压系统相比，使用与维护都更加便捷，因此具有更好的使用与推广价值。